SUURI jarrutesti!

[ajarmala]

Minä kun olen aina luullut (tyhmä kun olen), että jarruteho tulee kitkapinnan (jarrukumi) koosta ja sitä levyyn painavan voiman suuruudesta

Mutta kun koulussa opetetiin, että kitka ei riipu pinta-alasta vaan pelkästään voimasta ja kitkakertoimesta? MIksi suurempi jarrarupala jarruttaisi paremmin? Onko suuremman jarrupalan kitkakerroin suurempi? Eh?

T. Ari

[Nebulus]

Minä kun olen aina luullut (tyhmä kun olen), että jarruteho tulee kitkapinnan (jarrukumi) koosta ja sitä levyyn painavan voiman suuruudesta

Mutta kun koulussa opetetiin, että kitka ei riipu pinta-alasta vaan pelkästään voimasta ja kitkakertoimesta? MIksi suurempi jarrarupala jarruttaisi paremmin? Onko suuremman jarrupalan kitkakerroin suurempi? Eh?

Isompi levy saa aikaan isomman vipuvarren, kun jarruttava pinta on kauempana akselista, jolloin jarruteho kasvaa.

Isompi jarrupala jarruttaa paremmin, koska sen taakse voi asentaa isommat jarrumännät (tai monta jarrumäntää), jolloin hydraulisessa jarrujärjestelmässä syntyvä paine vaikuttaa suurempaan pinta-alaan -> suurempi voima puristamassa jarrupalaa levyä vasten.

[Teemu Kalvas]

Minä kun olen aina luullut (tyhmä kun olen), että jarruteho tulee kitkapinnan (jarrukumi) koosta ja sitä levyyn painavan voiman suuruudesta

Mutta kun koulussa opetetiin, että kitka ei riipu pinta-alasta vaan pelkästään voimasta ja kitkakertoimesta? MIksi suurempi jarrarupala jarruttaisi paremmin? Onko suuremman jarrupalan kitkakerroin suurempi? Eh?

Koulussa opetettiin (tahallaan) väärin.

Onhan tuo pinta-alariippumattomuus joissain tilanteissa ihan pätevä likiarvo, mutta käytännön elämässä kitka on aika monimutkainen asia. Tietyllä pinta-alalla ja materiaaliyhdistelmällä on kitkavoiman raja-arvo jota lähestyttäessä normaalivoiman kasvattaminen yhä vähemmön ja vähemmän kasvattaa kitkavoimaa. Toinen seikka joka vaikuttaa rajusti on lämpötila. Mitä pienemmällä pinnalla yrittää aikaansaada saman kitkavoiman jarrussa, sitä kuumemmaksi jarrupinta lämpenee, ja tämä sitten muuttaa kitkakerrointa (ja lopulta tuhoaa jarrun, mitä pyritään välttämään tieliikenteeseen suunnitelluissa ajoneuvoissa).

[jori]

Tuosta saa nyt sen kuvan, että kitkavoima riippuu kitkapinta-alasta. Ensisijaisesti ei riipu. Erikoistapauksissa, kuten Teemu kertoi, sillä on vaikutusta -molempiin suuntiin.

Jos jarrumateriaalin pinta-ala vaikuttaisi merkittävästi kitkavoimaan, olisivat jarrukonstruktiot aivan erilaisia, eikä rumpujarruista olisi koskaan luovuttu. Pelkkä jarrulevyn suurentaminen, mistä tässä on ollut kyse, kasvattaa jarruvoimaa jarrulevyjen halkaisijoiden suhteessa. Jarrutustehon kestoa se kasvattaa hiukan enemmän, koska jäähtyvää -ei jarrupalan peittämää- levypinta-alaa on enemmän.

Jos taas lähdetään vaihtamaan satuloita, mäntien määriä ja pinta-aloja, ei kyse ole enää levyn koosta, vaan verrataan kahta täysin erilaista jarrua keskenään, josta voi olla käyttökokemusta, mutta se ei enää vastaa alkuperäistä väitettä levyn koon vaikutuksesta jarruvoimaan. Siitä saa kokemusta vain vaihtamalla pelkästään levy suuremmaksi jarrusatulan ja kitkapalojen pysyessä samoina.

Jori

[optimistx]

Jos verrataan muilta osin samanlaisissa levyjarrussa ja vannejarrussa tarvittavia sormivoimia, niin vannejarrussa tarvitaan vähempi voimaa, koska etäisyys pyörän rattaan keskipisteestä on suurempi

Nyt alkoi mennä taas metsään. Jarrupalan liike levyjarrussa on pienempi kuin vannejarrussa. Siksi jarruvivun liikkeen suhde jarrupalan liikkeeseen (ja sitä myöden jarrupalojen puristusvoima jarrupintaa kohti) ei ole vertailukelpoinen levy- ja vannejarruilla.

Kiintoisaa, nyt minulla on taas tilaisuus oppia jarruasioita, kiitos. Sanaa "jarruteho" ei ole ilmeisesti määritelty tässä keskustelussa, vaan itse kukin kirjoittaja ajattelee sille oman ehkä erilaisen määritelmänsä.

Ymmärtääkseni jarruteho (tässä keskustelussa) ei ole varsinaisesti tehoa ollenkaan (teho = energia / aika)? Mikä fysikaalinen yksikkö on jarruteholla? Miten esimerkiksi mitataan, että jarru A on kaksi kertaa niin tehokas kuin jarru B? (esimerkki lukuja ja yksiköitä käyttäen)

Sormet tai muu ruumiinosa aiheuttaa jarrukahvaan tai polkimiin tms vääntömomentin (= voima * vipuvarren pituus) ja se aiheuttaa koko liikkuvan massan liike-energian muutosta (tavallisesti pienenemistä) aikayksikössä. Jos jarrukahvaa pidennetään, niin sitä joudutaan liikuttamaan pitempi matka, mutta tarvitaan pienempi voima saman vääntömomentin aiheuttamiseksi. Muuttuuko tällaisessa kuvitteellisessa pidennysoperaatiossa "jarruteho"? (jatkoputkenpätkä jarrukahvaan...)

[Teemu Kalvas]

Joo jarruteho on kauhean huono sana tässä. Itse ajattelisin, että polkupyörän tapauksessa kiintoisaa on se suhde mikä on kahvan tai polkimen painamiseen käytetyn voiman ja pyörää jarruttavan renkaan ja tien välisen voiman välillä. Se on juuri se, mitä rahaa jarruihin käyttämällä suurennetaan. Jarruttava voima kun on yleensä mahdollista saada maksimiinsa, jolloin rengas menettää pidon, jarrulla kuin jarrulla. Toisilla jarrujärjestelmillä ei vain tarvitse puristaa niin kovaa.

Se jarruttava voima, jolla minun pyörilläni minä ajaessa takapyörä nousee tasaisella maasta on varmaan noin 560 N luokkaa (oletus, massa yht. 80 kg, painopiste 1,0 m korkeudella 0,7 m etupyörän takana), ja tämän saavuttaa sellaisella reippaalla puristuksella, josta en osaa kyllä sanoa voimaa, mutta ehkä jotain 100-200 N välillä. Kerrointa jarrujärjestelmässä selvästi on.

Sitten on kokonaan toinen numero, joka on se maksimijarrutusvoima jonka jarrujärjestelmä suostuu ollenkaan antamaan, josta puristusvoiman lisääminen vain taivuttaa jarruosia enemmän mutta hidastuvuus ei kasva. Ketjun alkupään kuvauksista ymmärsin että Jukan ongelma on tämä. 70-luvun ja aiemman rimpulajarruilla tämä on ihan oikea ongelma. Isoilla miehillä tämä tulee helpommin vastaan, kun tarvittavat voimat on isompia.

Sitten kolmas ihan eri numero jota jarruteholla tarkoitetaan perinteisesti, on se, kuinka paljon liike-energiaa jarru pystyy muuttamaan lämmöksi hiipumatta tai sulamatta. Tämä ei ole yleensä polkupyörillä oleellista, mutta jos ajetaan kilpaa moottoriajoneuvoilla niin tämä on se oleellisin kohta. Ja tämä on ihan oikeasti tehoa, eli hukattua energiaa per aika.

[Nebulus]

Joo jarruteho on kauhean huono sana tässä.(......)
Sitten on kokonaan toinen numero, joka on se maksimijarrutusvoima jonka jarrujärjestelmä suostuu ollenkaan antamaan, josta puristusvoiman lisääminen vain taivuttaa jarruosia enemmän mutta hidastuvuus ei kasva. Ketjun alkupään kuvauksista ymmärsin että Jukan ongelma on tämä. 70-luvun ja aiemman rimpulajarruilla tämä on ihan oikea ongelma. Isoilla miehillä tämä tulee helpommin vastaan, kun tarvittavat voimat on isompia.

Mun mielestä jarrutehossa on juurikin kyse tästä; eli maksimihidastuvuus, jonka jarru saa aikaan.
Jarrujen laatu on sitten laajempi asia, johon kuuluvat:
-Maksimihidastuvuus
-Voima, joka jarrukahvaan pitää kohdistaa maksimihidastuvuuteen
-Jarrutuksen aiheuttaman hidastuvuuden tasainen kasvu jarrutusvoiman lisäyksen seurauksena, jarrutuskiihtyvyyden ennakoitavuus (erinomaisen tärkeää)
-Jarrutustuntuma, onko joustoa jarrujen osissa joka saa aikaan epämääräisen tuntemuksen voiman käytön suhteesta jarrutustehoon
-Muut jarrujen ominaisuudet, kuten jarrutuskyky märkinä, likaantumisen sieto, vinkumattomuus, toiminta hyvin pitkissä ja raskaissa jarrutuksissa... mitä niitä nyt kukainenkin kaipaa. Eri jarrukahvojen ergonomiat passaavat tietynlaisille käsille ja sitten on muita vaatimuksia, kuten paino, huollettavuus, säädettävyys jne.

[optimistx]

...
Mun mielestä jarrutehossa on juurikin kyse tästä; eli maksimihidastuvuus, jonka jarru saa aikaan.
...

Sovimmeko siis jarrutehon määritelmäksi tuon, eli "maksimihidastuvuus, jonka jarru saa aikaan" ?

Tuolloin jarru A on kaksi kertaa niin tehokas kuin jarru B, jos maksimihidastuvuus jarrua B käytettäessä on a [metriä/ sekunti toiseen], ja maksihidastuvuus jarrua A käytettäessä on 2 * a [m/s²]. Esimerkiksi a = 0,3 m/s, 2*a = 0.6 m/s².

Jos näin sovitaan, voidaan tutkia määritelmän seurauksia.

[Teemu Kalvas]

Joo jarruteho on kauhean huono sana tässä.(......)
Sitten on kokonaan toinen numero, joka on se maksimijarrutusvoima jonka jarrujärjestelmä suostuu ollenkaan antamaan, josta puristusvoiman lisääminen vain taivuttaa jarruosia enemmän mutta hidastuvuus ei kasva. Ketjun alkupään kuvauksista ymmärsin että Jukan ongelma on tämä. 70-luvun ja aiemman rimpulajarruilla tämä on ihan oikea ongelma. Isoilla miehillä tämä tulee helpommin vastaan, kun tarvittavat voimat on isompia.

Mun mielestä jarrutehossa on juurikin kyse tästä; eli maksimihidastuvuus, jonka jarru saa aikaan.

Joo mutta kun tuo ei ole maksimihidastuvuus kaikissa olosuhteissa, vaan vain joissakin - pitää olla tarpeeksi paljon kuormaa ja tarpeeksi pitävä alusta, ja painopiste tarpeeksi alhaalla ja takana. Heti kun lähdettiin tulkitsemaan niin merkitys rupesi vaeltamaan...

[jori]

Mun mielestä jarrutehossa on juurikin kyse tästä; eli maksimihidastuvuus, jonka jarru saa aikaan.

Jarru ei saa aikaan maksimihidastuvuutta, vaan voiman, joka tuottaa hidastuvuuden, jos muut tekijät antavat myöten. Jarruteho on jarruvoima kertaa sen hetkinen nopeus. Voima ja nopeus tietenkin mitattuna samasta paikasta. Jarrupalan alla tai renkaan ja tien välissä voima kertaa nopeus, eli jarruteho on sama.

Jori

[optimistx]

Vauhdikas lasku tuollaista 20% mäkeä tuottaa helposti nopeudeksi toista sataa kilometriä tunnissa. Tuollainen mäki on siis asin(20/100)=11,5 asteen kulmassa.
Pyörän painopiste näkyy eturenkaan tiekosketuksesta atan(70/55)=51,8 asteen kulmassa. Yhteensä painovoiman ja maksimi jarrutuskiihtyvyyden välinen kulma on siis 51,8+11,5 = 63 astetta.
Noin jyrkkä alamäki tuottaa yllättävän suuren pienenemän maksimi hidastuvuuteen. Jollen sotkeutunut laskuissani (ei ollut cadiohjelmaa nyt käytössä), paras hidastuvuus, joka noissa olosuhteissa voi saavuttaa on vain 0,52g = 5,1 m/s². Tämä tarkoittaa, että on yhdentekevää, onko renkaat hyvvät tai onko jarrut erinomaisen tehokkaat tai onko asfaltti harjattu. Tuollainen hidastuvuus on saavutettavissa melko huonoillakin jarruilla ja jopa hyvällä hiekkatiellä. Suuremman jarruvoiman ja pitävämmän alustan käyttäminen saa aikaan voltin etupyörän ympäri.
30 km/h nopeudesta jarrutukseen menee veetoiseen per kaks aa = 6,8 m, 90km/h nopeudesta (90/30)²= 9 kertaa enemmän = 61m.

Huomio:
Jyrkässä alamäessä pyörän painopisteen korkeus näyttelee erittäin merkittävää osaa maksimi jarrutuksen tehokkuudessa. 40 sentin painopisteen korkeudella -tuon 70 sentin sijaan- pysähtymismatkat olisivat olleet hyvällä alustalla ja hyvillä jarruilla kolmanneksen lyhyempiä. Toisaalta noin jyrkkiä mäkiä ei suomessa maantiellä ole.

Jori

Kiitos taas asiallisesta ja ytimekkäästä analyysistä. Liitän oheen kuvan jviirret:in pyörästä 25 asteen mäkeen sijoitettuna ja täydennettynä puheenaolevin janoin (jukka, annatko näin jälkikäteen luvan tämmöiseen kuvasi käyttöön? Jukka antoi jäljempänä luvan. Kiitos!)

(Etsiessäni syytä omani ja jorin laskelman eroon huomasin omassani ajatteluvirheen, ja poistin tekstini selvyyden vuoksi. Tehnen korjatun kuvan pian)

Kaltevuutta 20 m / 100 m ei esiintyne ainakaan isommilla maanteillä Suomessa monesti, vaikka tässä kesämökin läheinen asfaltoitu julkisen tien mäki onkin noin jyrkkä jyrkimmältä kohdaltaan.

[Nebulus]

Argh, tää ketju on mennyt jo niin kauaksi alkuperäisestä tavoitteestaan, eli jarrutusmatkojen selvittelyistä eri jarruilla ja pyörillä. Miksi, oi miksi? Jatkakaa te, mulla alkaa tulla näppylöitä tästä.

[jori]

Argh, tää ketju on mennyt jo niin kauaksi alkuperäisestä tavoitteestaan, eli jarrutusmatkojen selvittelyistä eri jarruilla ja pyörillä. Miksi, oi miksi? Jatkakaa te, mulla alkaa tulla näppylöitä tästä.

Tässä tarkastellaan niitä tekijöitä, jotka jarruvoiman lisäksi vaikuttavat pyörän hidastuvuuteen, eli jarrutusmatkojen määräytymistä pyörän ja jarrutuspaikan geometrian perusteella. Tämä keskustelu on rakentamisosastolla, joten pyörän rungon geometrian vaikutus jarrutustapahtumassa on tärkeä ja hyödyllinen näkökulma jarrutestin taustatiedoiksi.
Alamäessä jarrutettaessa korostuu siis pyörän geometria ja varsinkin painopisteen korkeus. Vastaava tarkastelu ylämäkitilanteessa korostaa jarrulaitteen tuottamaa jarruvoimaa ja nostaa hidastuvuudet toiselle tasolle.

Jori

[jviirret]

(jukka, annatko näin jälkikäteen luvan tämmöiseen kuvasi käyttöön?)

Joo, kuten myös kaikkien muiden omien nettiin laittamieni kuvien käyttöön.

Jukka

[jviirret]

Argh, tää ketju on mennyt jo niin kauaksi alkuperäisestä tavoitteestaan, eli jarrutusmatkojen selvittelyistä eri jarruilla ja pyörillä. Miksi, oi miksi? Jatkakaa te, mulla alkaa tulla näppylöitä tästä.

Tässä tarkastellaan niitä tekijöitä, jotka jarruvoiman lisäksi vaikuttavat pyörän hidastuvuuteen, eli jarrutusmatkojen määräytymistä pyörän ja jarrutuspaikan geometrian perusteella.

No kyllä tämän alunperin piti olla ihan käytännön jarrutesti ja tuolle g-piste analisoinnille olisi voinut avata ihan hyvin oman ketjun Pitää muistaa erikseen mainita asiasta kun seuraavan kerran haluaa käytännön kokemuksia jostakin asiasta

Jukka